Small Methods: 高能等离子体技术应用在纳米电极材料

纳米电极材料在金属离子电池,燃料电池及电解水器件中大展身手,雄霸江湖。驻足环顾,我们可以明显看到,对纳米电极材料表面进行二次修饰改性是提高电化学性能非常行之有效的方法。比如可以引入缺陷(空穴,异原子等),包覆薄薄的导电层和隔离层。然而在大部分电极的合成制备过程中,不可避免需要高温和漫长的反应时间,这不仅是成本高的问题,对于纳米材料,高温和长时间反应容易破坏原有的纳米结构。这时候,传统的高能等离子体(high-energy plasma)工艺就可以派上用场了。等离子体是由高速运动中电子和带正电荷的离子组成,处于高度激发状态,电子和离子都具有超高温度(动能大嘛),所以具有很强的反应活性,而且离子能量大小可控。这个好东西拿来做电极材料的转化反应和表面处理,真是英雄有用武之地了。目前文献还不算太多,但确有雨后春笋之势。

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新加坡南洋理工大学范红金教授与Rajdeep Singh Rawat教授合作课题组合作写了一篇小综述,总结了近期高能plasma技术在纳米电极材料的制备和表面处理方面的应用。以氮化物与磷化物为例阐述了该技术在转化反应中的优势:(1)反应条件温和,在室温到数百摄氏度就可以推进反应进行;(2)可控, 通过调节plasma功率与炉腔温度,既可以将金属薄膜转化为相应的氮化物或磷化物,同时通过刻蚀效应,使本来平滑的表面呈现出多孔纳米结构,一举两得。当然,该方法也可以将具有纳米结构的金属氧化物转化成相应的化合物,同时保留原有纳米结构; (3)快速,整个过程一般仅需几分钟不超过半小时。这些特点也使高能plasma在电极材料表面修饰的二次处理中展现出应用潜能。在不破坏电极纳米结构的同时,快速制造晶格缺陷,掺杂,碳包覆等作业。See, 前景广阔吧!不过该技术在纳米能源材料方面的应用还处在“小荷才露尖尖角”的阶段,只有N, P, Ar 几种,更多气氛的plasma有待开发。在粉体电极材料上还不太好使,需要工艺更新。过几年,或许也能大行其道呢。无论如何,多个选择总是好的。结果发表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201700164)。